(57)【要約】【課題】固体高分子型およびリン酸型の両方の型の燃料電池を、常時並列運転することにより、各型の燃料電池を単独で運転した場合よりも、全体として高効率な運転が可能なハイブリッド型燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】リン酸型燃料電池１１ａおよび固体高分子型燃料電池１ａの２種類の燃料電池と、炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを得る改質器１３ａとを備え、改質器で得られた水素リッチな燃料ガスと、酸化剤ガスとしての空気とを２種類の燃料電池に供給して発電するハイブリッド型燃料電池発電装置であって、前記改質器１３ａは、２種類の燃料電池に対して共用するものとし、かつ改質器に供給する改質用の水蒸気は、リン酸型燃料電池における燃料電池冷却水系統に設けた水蒸気分離器１５ａから供給するものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸型燃料電池および固体高分子型燃料電池の２種類の燃料電池と、炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを得る改質器とを備え、前記改質器で得られた水素リッチな燃料ガスと、酸化剤ガスとしての空気とを前記２種類の燃料電池に供給して発電するハイブリッド型燃料電池発電装置であって、
前記改質器は、前記２種類の燃料電池に対して共用するものとし、かつ前記改質器に供給する改質用の水蒸気は、前記リン酸型燃料電池における燃料電池冷却水系統に設けた水蒸気分離器から供給することを特徴とするハイブリッド型燃料電池発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池発電装置において、前記改質器で得られた水素リッチな燃料ガスを、前記２種類の燃料電池に対して共用のＣＯ変成器を経由させた後に、前記２種類の燃料電池に対して並列に供給する構成とし、かつ前記固体高分子型燃料電池に対しては、ＣＯ除去器を介して供給する構成とすることを特徴とするハイブリッド型燃料電池発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池発電装置において、前記２種類の燃料電池から排出される排空気中の水分および前記改質器から排出される燃焼排ガス中の水分を、前記２種類の燃料電池に対して共用の水回収用凝縮器において回収し、この回収水を前記水蒸気分離器に導入する構成とすることを特徴とするハイブリッド型燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池発電装置の燃料電池本体として、リン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池の２種類の燃料電池を併用して構成するハイブリッド型燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを、機械エネルギーや熱エネルギーを経由することなく直接電気エネルギーに変換する装置であり、高いエネルギー効率が実現可能である。よく知られた燃料電池の形態は、電解質層を挟んで一対の電極を配置し、一方の電極（アノード側）に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の電極（カソード側）に酸素を含有する酸化ガスを供給することにより、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得るものである。
【０００３】
以下に、燃料電池で起きる電気化学反応を表す式を示す。（１）式はアノード側における反応、（２）式はカソード側における反応を表し、燃料電池全体では（３）式に表す反応が進行する。
Ｈ2→２Ｈ＋＋２ｅ−                          （１）
１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ−→Ｈ2Ｏ               （２）
Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ                         （３）
燃料電池発電装置は、使用する電解質の種類により分類されるが、これらの燃料電池の中で、リン酸型燃料電池、固体高分子型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池等では、その電解質の性質から、二酸化炭素を含んだ酸化ガスや炭酸ガスを使用することが可能である。
【０００４】
以下に、固体高分子型燃料電池およびリン酸型燃料電池の概要について述べる。まず、固体高分子電解質型燃料電池は、リン酸型燃料電池と同様に、例えばメタンガス（都市ガス）等の炭化水素系原燃料を水蒸気改質して得られた燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを、燃料電池の燃料極および空気極にそれぞれ供給し、電気化学反応に基づいて発電を行うものである。また、原燃料を燃料ガスへ改質するに際しては、原燃料に水蒸気を加え燃料改質器で触媒により改質を促進する方法が採用されている（前記基本的システム構成は、例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
前記改質を定常的に行なうには、所要の水蒸気量を定常的に補給する必要があり、水蒸気の供給装置には、これに対応した水を常時補給する必要がある。なお、使用する水は高純度の水であることが必要であり、イオン交換式の水処理装置で不純物を除去したイオン交換水が用いられるのが通例である。
【０００６】
一方、燃料電池の電気化学反応では発電生成水が生じ、また燃料改質器では吸熱反応である水蒸気改質反応を定常的に行なうための触媒加熱用の燃焼ガスの燃焼に伴い、燃焼排ガス中に燃焼生成水が生じるが、これらの生成水は通常の水道水に比べて不純物が少なく、これらの生成水を原水として用いれば、水処理装置の負荷を軽減することができるため、回収水タンクおよび排ガス冷却器を付加して、これらの生成水を回収して改質水蒸気発生用の供給水とする方法が、通常採用されている。
【０００７】
また、燃料電池の電気化学反応では反応に伴って熱が発生し、この排熱エネルギーの一部は、貯湯槽に温水として貯え、給湯もしくは暖房に供される。
【０００８】
図３は、都市ガスを原燃料とする従来の固体高分子電解質型燃料電池発電装置の一例を示す系統図であり、特許文献１に開示されたものに対して、電池冷却水系機器や回収水機器等々を追加して、より詳細なシステム構成を示す。
【０００９】
図３において、模式的に示した燃料電池１は、燃料極１ａと空気極１ｂとを有する単位セルを複数個重ねる毎に、図示しない冷却管または冷却溝を有する冷却板１ｃを配設，積層することにより構成されている。
【００１０】
原燃料はまず改質用水蒸気とともに改質器３に供給され、以下の反応により、水素と一酸化炭素に改質される。改質用の触媒としては、貴金属系触媒またはニッケル系触媒が用いられる。
【００１１】
CH4＋H2O→3H2＋CO  （吸熱反応）
その後、この改質ガスは、ＣＯ変成器４に供給され、以下の反応により、改質ガス中の―酸化炭素は１％程度まで低減される。ＣＯ変成用触媒としては、貴金属系触媒または銅−亜鉛系触媒が用いられる。
【００１２】
CO＋H2O→H2＋CO2  （発熱反応）
その後、さらにＣＯ除去器５に供給され、図示しない選択酸化空気ブロアによって供給された空気によりＣＯを選択酸化する以下の反応により、改質ガス中の一酸化炭素は10ppm程度まで低減された後、燃料電池の燃料極１ａに供給される。
【００１３】
CO＋1/2O2→CO2  （発熱反応）
上記の如く、改質器３において改質反応を行う場合、水蒸気を供給する必要があり、固体高分子型燃料電池発電装置では、その熱源として改質器３の燃焼排ガスの顕熱，ＣＯ変成器４及びＣＯ除去器５の反応熱を利用するのが一般的である。そのため、電池冷却水循環ポンプ５４にて供給される改質用水を、ＣＯ変成器４，ＣＯ除去器５，水蒸気発生器２４の各反応器を直列に順次流すための改質用水蒸気供給ライン２５を設け、前記各反応器から熱を受けて水蒸気とし、この水蒸気と原燃料とを混合して、改質用水蒸気供給ライン２５から改質器３へ導入する構成としている。なお、図３においては、ＣＯ変成器４，ＣＯ除去器５への前記改質用水の通流ラインを省略している。
【００１４】
又、上記の各反応器は触媒による化学反応を行うため、燃料電池発電装置の起動時には、適正な温度に予め昇温する必要がある。
各反応器の適正な温度は以下のとおりである。改質器：500〜700℃、ＣＯ変成器：200〜300℃、ＣＯ除去器：100〜250℃である。
【００１５】
このため、改質器３は、燃料電池の排水素供給ライン１９から供給される水素を改質器内に設置されているバーナで燃焼させることで、通常時は加熱されているが、起動時には原燃料をバーナで燃焼させることにより昇温している。また、改質器の燃焼排ガスにより水蒸気発生器２４も昇温している。一方、ＣＯ変成器４とＣＯ除去器５とは、それぞれが個々に備える図示しない電気ヒータにより昇温している。前記バーナには、燃焼空気ブロア６により、燃焼用空気が導入される。なお、７は、燃料電池本体の空気極に反応用の空気およびＣＯ除去器におけるＣＯ選択酸化用の空気を供給するための反応空気ブロアである。
【００１６】
また、都市ガスは、まず脱硫器２へ導入され、都市ガス内に含まれる硫黄成分が除去された後、都市ガス昇圧ブロア２７により、改質器３の触媒反応器へ導入され、前記燃焼排ガスにより熱の供給を受けながら改質され、水素リッチな燃料ガスとなる。
【００１７】
次に、図３における燃料電池の冷却水系機器５０および回収水系機器３０について以下に述べる。冷却水系機器５０は、電池冷却水冷却器５１と、カソードオフガス冷却器５２と、燃焼排ガスの排ガス冷却器５３と、純水タンク５５と、電池冷却水循環ポンプ５４、その他配管等を含む。
【００１８】
燃料電池１は、前述のように約８０℃で運転され、前記電池冷却水循環ポンプ５４によって、純水タンク５５から通流される水によって冷却され、電池冷却水冷却器５１によって除熱される。電池冷却水冷却器５１には、図３には図示しない貯湯槽に接続される循環水導出ライン５６から供給される、例えば約５０℃の水が導入され、ここで電池冷却水を冷却した水は、その後、カソードオフガス冷却器５２および燃焼排ガスの排ガス冷却器５３を経由して、例えば約６０℃〜７０℃に昇温されて、循環水導入ライン５７から前記貯湯槽に還流する。前記純水タンク５５には、液面計が設けてあり、液面が下限に到達した際には、後述する回収水が、水処理装置３５を介して、間歇的に補給される。
【００１９】
次に、回収水系機器３０について述べる。回収水系機器３０は、回収水タンク３１と、回収水ポンプ３３と、回収水冷却器３４等からなる。前記回収水タンク３１の上部には、カソードオフガス冷却器５２および燃焼排ガスの排ガス冷却器５３により冷却されたオフ空気および燃焼排ガスが導入され、空気およびガス中の含有水分を、上部に設けた散水装置から冷却水を散布することにより凝縮して、回収水タンク３１の下部に回収する。この回収水を、回収水冷却器３４により冷却して、前記散水装置に導入する。この散水装置の後段には、ラシヒリング等の充填層を備えた冷却水直接接触式凝縮器を設ける場合もある。
【００２０】
この場合、水蒸気を含むオフ空気と燃焼排ガスを、図３には図示しない充填層下部から上方に通流し、一方、上部から回収水冷却器３４で冷却された４０℃程度の回収水を散水して、充填層部分でガスと冷却水を直接接触させながら、空気およびガス中の水蒸気分を凝縮・回収するものであり、簡単な構造で、回収効率が向上する利点がある。
【００２１】
上記回収水は、前述のように、水処理装置で純化され補給水として用いられる。なお、回収水タンク３１の下部にも液面計が設けられ、回収水タンク内の水が不足した場合には、補給水として市水（水道水）が供給され、この市水は水処理装置で純化される。
【００２２】
次に、リン酸型燃料電池の概要を述べる。図２は、従来のリン酸型燃料電池発電装置の概略システム構成の一例を示す。
【００２３】
図２において、燃料電池１１は、模式的に示され、図示しないリン酸電解質層を挟持する燃料極と空気極と、これらからなる単位セルの複数個を重ねる毎に配設される冷却管を有する冷却板とから構成される。
【００２４】
一方、燃料改質器１３は、都市ガス等の原燃料を、水蒸気分離器１５で分離されてエゼクタ１６を経て供給される水蒸気とともに、改質触媒下にて、バーナでの燃焼熱により加熱して、水素リッチなガスに改質して改質ガスを生成する。
【００２５】
燃料改質器１３で生成された上記改質ガスは、ＣＯ変成器１４を有する改質ガス供給系を経由して燃料電池１１の燃料極に供給され、一方、燃料極から電池反応に寄与しない水素を含むオフガスが、オフガス供給系を経て燃料改質器１３のバーナに燃料として供給される。
【００２６】
また、燃料改質器１３のバーナへは、燃焼空気供給用のブロア１８が接続されており、燃料改質器１３から出た燃焼排ガスは、燃焼排ガス系により水回収用凝縮器１０へと送られ、水回収後、排出される。
【００２７】
また、燃料電池１１には、空気極に空気を供給する反応空気ブロア２９を備えた空気供給系と、電池反応後の空気を前記水回収用凝縮器１０へ供給する空気排出系とが接続されている。燃料電池１１の冷却板の冷却管には、燃料電池１１の発電時に冷却水を循環するため、水蒸気分離器１５、冷却水循環ポンプ２０が接続されている。
【００２８】
前記水蒸気分離器１５では、燃料電池１１の冷却管から排出された水と蒸気との二相流となった冷却水を、水蒸気と冷却水とに分離する。ここで分離された水蒸気は、前記燃料改質器１３に向かう原燃料と混入するように、送出される。その際、元圧の低い原燃料との混合を行うために、エゼクタ１６を使用している。このエゼクタ１６は、蒸気を駆動流体とするとともに、原燃料としての都市ガスを被駆動流体とする。原燃料供給系は、一般に、脱硫器１２を備える。
【００２９】
前記水回収用凝縮器１０には、前述のように、燃焼排ガス系，空気排出系が接続され、ここで、燃焼排ガおよび排出空気内の水が凝縮回収される。
【００３０】
前記回収水は、図示しないイオン交換式水処理装置に導入して、純水化した後に、給水ポンプ２１により水蒸気分離器１５へ還流供給され、原燃料の水蒸気改質に必要な水として利用される。なお、図２において、１７は、燃料電池１１の直流出力を交流出力に変換するインバータである。
【００３１】
また、図２においては、脱硫器１２とＣＯ変成器１４とを組み合わせた形態で示し、脱硫器１２やＣＯ変成器１４等について、さらに補足して以下に述べる。
【００３２】
脱硫器１２は、図示しないが、ＣＯ変成器１４の出口ガスをリサイクルすることによって、水添脱硫触媒によって、原燃料中の硫黄化合物が除去される。燃料改質器１３には、水蒸気改質用の触媒（貴金属系またはニッケル系触媒等）が充填され、また高温の燃焼ガスを発生して改質器に充填される触媒を外部より加熱するバーナが設けられる。燃料ガスと水蒸気分離器１５にて発生した水蒸気の混合ガスを水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成し、これをＣＯ変成器１４へ送る。
【００３３】
ＣＯ変成器１４には、ＣＯ変成用触媒（銅‐亜鉛系触媒等）が充填され、燃料改質器１３から送出される高温の改質ガスにより１８０℃〜３００℃程度の運転温度に保たれる。これにより、改質ガス中の水蒸気を用いて、ＣＯをＣＯ2 に酸化シフトし（発熱反応）、ＣＯ濃度を約１％程度まで低減させた変成ガス４０を燃料電池１に導入する。
【００３４】
上記のように、従来は、燃料を改質する改質系統に対して、燃料電池本体は、１種類の型式の燃料電池を組み合わせて、即ち、固体高分子型燃料電池またはリン酸型燃料電池のいずれかを組み合わせて発電装置を構成しているのが、特殊な目的を除いてほとんどである。この場合、リン酸型燃料電池（常圧型）の発電効率は４０％（LHV）程度であり、一方、最近、開発が進められている固体高分子型燃料電池は、反応温度が常温から１００℃程度と低いために、現状の発電効率は、３２%（LHV）程度以下の性能である。なお、前記（LHV）は、Lower Heat Valueの略記であり、前記効率は、凝縮潜熱を含めない低位発熱量ベースで算出した効率であることを示す。
【００３５】
ところで、前記特殊な目的のために、燃料電池発電装置の燃料電池本体として、リン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池の２種類の燃料電池を併用して構成するハイブリッド型燃料電池発電装置が提案されている（特許文献２〜４参照）。以下に、各特許文献に開示されたハイブリッド型燃料電池発電装置の概要について、各文献の記載を引用して述べる。
【００３６】
特許文献２は、「リン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池との両燃料電池の長所を生かすとともに、両燃料電池における特性や操作上等の短所を相補うことができる高効率のハイブリッド型燃料電池システムを得る」ことを課題として、「水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、水素供給装置からＣＯ濃度１ｖｏｌ％以下の水素をリン酸型燃料電池に常時供給するようにするとともに、高負荷運転時に、水素供給装置からの水素をＰＳＡ塔によりＣＯ濃度１００ｐｐｍ以下にして固体高分子型燃料電池へ供給するようにしてなることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。」を開示している。
【００３７】
また、特許文献３は、特許文献２と同様の課題を達成するために、「水素供給装置にリン酸型燃料電池と固体高分子型燃料電池とを併置し、電力低負荷運転時に水素供給装置からの水素リッチガスを該リン酸型燃料電池に供給して精製し、得られた高純度水素を該固体高分子型燃料電池に供給して発電するとともに、水素吸蔵合金充填容器に供給して貯蔵するようにしてなることを特徴とするハイブリッド型燃料電池システム。」を開示している。
【００３８】
さらに、特許文献４は、「異なる種類の燃料電池を組み合わせて互いの利点を有効に活用することができ、運転条件の自由度を向上させることを可能とする」ことを課題として、「リン酸型燃料電池スタックと、固体高分子型燃料電池スタックと、前記リン酸型燃料電池スタックおよび前記固体高分子型燃料電池スタックに燃料ガスを個別におよび同時に供給可能な燃料ガス供給機構と、前記リン酸型燃料電池スタックおよび前記固体高分子型燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給機構とを備える。具体的には、外気温度による始動時には先に固体高分子型燃料電池スタックを始動させ、得られた電力をリン酸型燃料電池スタックの加熱エネルギーに利用する。」ことを開示している。
【特許文献１】特開２００２−１２４２８８号公報（第２−３頁、図３）
【特許文献２】特開平１１−３３９８２０号公報
【特許文献３】特開平１１−３３９８２１号公報
【特許文献３】特開２００２−１５７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
ところで、上記特許文献２および３に開示されたハイブリッド型燃料電池発電装置は、いずれも高負荷運転時に固体高分子型燃料電池を運転する方式の発電装置であり、両方の型の燃料電池を、常時運転する方式の発電装置ではない。また、上記特許文献４は、発電装置の始動時に、固体高分子型燃料電池を先行して運転する方式の発電装置であって、やはり、両方の型の燃料電池を、常時運転する方式の発電装置ではない。
【００４０】
従来、両方の型の燃料電池を常時運転する方式が採用されていない主な理由は、固体高分子型燃料電池の発電効率が、前述のように、リン酸型燃料電池に比較して低位にあるからと考えられる。即ち、固体高分子型燃料電池の場合、その運転温度が低い（約１００℃以下）ために、改質用の蒸気を、原燃料などを燃焼させてその熱から発生させるために、発電効率が、リン酸型燃料電池よりも低くなるからである。
【００４１】
この発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、固体高分子型およびリン酸型の両方の型の燃料電池を、常時並列運転することにより、各型の燃料電池を単独で運転した場合よりも、全体として高効率な運転が可能なハイブリッド型燃料電池発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
上記課題は、以下により達成される。即ち、反応温度が例えば約１９０℃のリン酸型燃料電池は、燃料電池本体で発生する熱量で必要な改質用水蒸気を発生させることができ、その熱量は、改質に必要な水蒸気量の約２倍の発生量である。一方、固体高分子型燃料電池は、燃料電池本体の発電効率はリン酸型燃料電池よりは高いが、前述のように、都市ガスなどの燃料を利用する場合には、改質しなければならず、そのため改質用蒸気を発生させるために、原燃料を燃焼させるなどの方法によって発生させているために、発電装置としてみた場合、発電効率がリン酸型燃料電池より低い性能となっていた。
【００４３】
そこで、リン酸型燃料電池本体で発生した前記約２倍の水蒸気発生量の一部を、同容量の固体高分子型燃料電池に必要な改質用水蒸気として利用することにより、ハイブリッド型燃料電池の発電効率を向上することができる。例えば、リン酸型燃料電池本体と固体高分子形燃料電池の出力を約１：１にして、発電装置を構成することによって、リン酸型燃料電池本体で発生する熱量は、ほとんど水蒸気を発生させるための熱量として利用でき、固体高分子型燃料電池発電装置単独では達成できなかった高発電効率が得られ、かつ全体としても高効率のハイブリッド型燃料電池発電装置が得られる。
【００４４】
上記のようなハイブリッド型燃料電池発電装置は、下記請求項１の発明によって実現できる。即ち、リン酸型燃料電池および固体高分子型燃料電池の２種類の燃料電池と、炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを得る改質器とを備え、前記改質器で得られた水素リッチな燃料ガスと、酸化剤ガスとしての空気とを前記２種類の燃料電池に供給して発電するハイブリッド型燃料電池発電装置であって、前記改質器は、前記２種類の燃料電池に対して共用するものとし、かつ前記改質器に供給する改質用の水蒸気は、前記リン酸型燃料電池における燃料電池冷却水系統に設けた水蒸気分離器から供給することを特徴とする（請求項１）。
【００４５】
また、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の燃料電池発電装置において、前記改質器で得られた水素リッチな燃料ガスを、前記２種類の燃料電池に対して共用のＣＯ変成器を経由させた後に、前記２種類の燃料電池に対して並列に供給する構成とし、かつ前記固体高分子型燃料電池に対しては、ＣＯ除去器を介して供給する構成とすることを特徴とする（請求項２）。
【００４６】
前記請求項２の発明によれば、例えば、前記特許文献２に記載のように、ＰＳＡを介して、水素リッチな燃料ガスを、２種類の燃料電池に対して並列供給する構成に比べて、システムが簡素化される。
【００４７】
さらに、上記請求項１または２に記載の燃料電池発電装置において、前記２種類の燃料電池から排出される排空気中の水分および前記改質器から排出される燃焼排ガス中の水分を、前記２種類の燃料電池に対して共用の水回収用凝縮器において回収し、この回収水を前記水蒸気分離器に導入する構成とすることを特徴とする（請求項３）。
【００４８】
前記請求項３の発明によれば、水回収用凝縮器を共用とするので、同様に、システムが簡素化される。なお、排空気や燃焼排ガスの温度レベルが、２種類の燃料電池に関して、それぞれ異なるが、共用の水回収用凝縮器の運転上、特に問題はない。詳細は後述する。
【発明の効果】
【００４９】
この発明によれば、固体高分子型およびリン酸型の両方の型の燃料電池を、常時並列運転することにより、各型の燃料電池を単独で運転した場合よりも、全体として高効率な運転が可能なハイブリッド型燃料電池発電装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
次に、この発明の実施形態に関して、図１に基いて説明する。図１において、図２または図３と同一機能を有する部材には、同一番号にサフィックスａを付して示し、その詳細説明を省略する。なお、同一機能を有する部材が、図２および図３にまたがる場合は、図２の番号を優先して示す。
【００５１】
図１に示すハイブリッド型燃料電池発電装置は、リン酸型燃料電池１１ａおよび固体高分子型燃料電池１ａの２種類の燃料電池と、炭化水素系原燃料を水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを得る改質器１３ａとを備え、前記改質器１３ａで得られた水素リッチな燃料ガスと、酸化剤ガスとしての空気とを前記２種類の燃料電池に供給して発電する。また、前記改質器１３ａは、２種類の燃料電池１１ａおよび１ａに対して共用するものとし、かつ改質器１３ａに供給する改質用の水蒸気は、リン酸型燃料電池１１ａにおける燃料電池冷却水系統に設けた水蒸気分離器１５ａから供給する。なお、１２ａは脱硫器、１６ａはエゼクタを示す。また、７ａ，２９ａ，１８ａは、それぞれ、固体高分子型燃料電池１ａ，リン酸型燃料電池１１ａ，改質器１３ａのバーナに空気を供給するための空気ブロワ、１９ａは、燃料電池のオフ燃料ガスの改質器バーナへの供給ラインを示す。また、５０ａは、固体高分子型燃料電池１ａの冷却水循環系を示し、６０ｃは同循環系に設けた熱交換器を示す。６０ｄはリン酸型燃料電池の冷却水循環系に設けた熱交換器、２０ａは冷却水循環ポンプを示す。
【００５２】
さらに、改質器１３ａで得られた水素リッチな燃料ガスは、２種類の燃料電池の燃料極に対して、共用のＣＯ変成器１４ａを介して並列に供給する。この際、固体高分子型燃料電池１ａに対しては、ＣＯ除去器５ａを介して供給する。なお、４０ａは燃料ガスの供給ライン、４０ｂはその分岐ライン、６０ｂは分岐ラインに設けた熱交換器を示す。
【００５３】
また、２種類の燃料電池１１ａおよび１ａの空気極から排出される排空気および改質器１３ａから排出される燃焼排ガスは、熱交換器６０ａを介して２種類の燃料電池に対して共用の水回収用凝縮器１０ａに導入され、ここで、排空気中の水分および燃焼排ガス中の水分を回収し、この回収水を前記水蒸気分離器１５ａに導入する。なお、回収水導入ラインには、水処理装置３５ａおよび熱交換器３４ａを設けている。２１ａ，２１ｂは回収水の供給ポンプである。ところで、前記水回収用凝縮器１０ａに導入される排空気や燃焼排ガスの温度レベルは、２種類の燃料電池に関してそれぞれ、下記のように異なる。即ち、排空気温度は、負荷により異なるが、リン酸型燃料電池の場合１７０〜１４０℃、固体高分子型燃料電池の場合８０〜５０℃、燃焼排ガス温度は、２００〜１５０℃であり、前記水回収用凝縮器１０ａに導入される排空気や燃焼排ガスの温度レベルは、全体として２００〜５０℃の範囲となるが、混合した複数のガス中水分を凝縮させる上で、実用上、特に問題はない。
【００５４】
上記図１に示すような実施態様のハイブリッド燃料電池発電装置によれば、例えば、都市ガスを原燃料とする場合であって、例えば、各型の燃料電池の出力比率を１：１とした場合に、４２％の発電効率を実現できる。これに対し、従来のリン酸型燃料電池の単独運転では発電効率が４０％、固体高分子型燃料電池の単独運転では３２％程度であり、両者を組み合わせた前記ハイブリッドシステムにより、各型の燃料電池を単独で運転した場合よりも、全体として高効率な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るハイブリッド型燃料電池発電装置の実施形態の概略システム系統図。
【図２】従来のリン酸型燃料電池発電システムの一例の概略システム系統図。
【図３】従来の固体高分子型型燃料電池発電システムの一例の概略システム系統図。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ    固体高分子型型燃料電池
５ａ    ＣＯ除去器
１０ａ    水回収用凝縮器
１１ａ    リン酸型燃料電池
１２ａ    脱硫器
１３ａ    改質器
１４ａ    ＣＯ変成器
１５ａ    水蒸気分離器
１６ａ    エゼクタ
【図１】
2005353342.tif 000003
【図２】
2005353342.tif 000004
【図３】
2005353342.tif 000005